» » » Автоматическое зарядно-тренирующее и измеряющее устройство для 12-вольтовых герметичных аккумуляторов (PIC12F675)

 
 
 

Автоматическое зарядно-тренирующее и измеряющее устройство для 12-вольтовых герметичных аккумуляторов (PIC12F675)

Разместил koan51 12 марта 2014. Просмотров: 22 030

17

28-04-2014 ОБНОВЛЕНИЕ! Предлагаю вашему вниманию дополнения и улучшения к этому моему проекту на Датагоре: «Автоматическое зарядно-тренирующее и измеряющее устройство для 12-вольтовых герметичных аккумуляторов (PIC12F675). Часть 2».

На работе и в быту часто приходится сталкиваться с необслуживаемыми аккумуляторами на 12 Вольт, ёмкостью 7, 17 Ah (список можно продолжить). Я использую их в UPS, блоках сигнализации и как источники тока при поездках на природу. Об автоматическом зарядном устройстве задумывался давно, но кроме зарядки необходимо знать и состояние аккумулятора.
Аккумуляторы используемые для поездок используются сезонно и просто зарядив его нет в нем уверенности, а батарея, работающая в буферном режиме блока сигнализации требует хоть какой то диагностики и тренировки.

Так и родилось устройство, позволяющее заряжать и разряжать аккумуляторы с измерением ёмкости в автоматическом режиме.

Рабочий цикл

Полный цикл программы включает в себя четыре подцикла:
 — h1 — разряд АКБ до напряжения 10,7 Вольта;
 — h2 — заряд АКБ до напряжения 14,8 Вольта;
 — h3 — разряд АКБ до напряжения 10,7 Вольта;
 — h4 — заряд АКБ до напряжения 14,8 Вольта.
Для каждого под цикла измеряется емкость в Ампер-часах.
Есть возможность контроля текущего значения напряжения на АКБ.
Есть возможность пропустить не нужные циклы.
Например, сразу перейти на зарядку АКБ и останов (выбрав сразу цикл h4).
Основным показателем состояния аккумулятора является емкость, измеренная на третьем цикле.

Схема


Устройством управляет микроконтроллер PIC12F675. В токозадающих цепочках использованы популярные стабилизаторы 7805 (DA1 и DA3) включенные по схеме стабилизации тока. Ток определяется сопротивлением резисторов R2 и R16.

Ток заряда/разряда я выбрал 600 мА. При таком токе на резисторах выделяется по 3 Ватта, поэтому я поставил по три резистора последовательно, каждый 2 Ватта. При таком соединении проще набрать сопротивление 8,3333 Ома, я набрал, из трех резисторов 3,3 + 3,3 + 1,74 Ома, класса точности 1% (для МЛТ – Р). Транзисторные ключи VT1 и VT3 включают цепи заряда, разряда. С делителя R10 — R12 снимается измерительное напряжение.
Блок индикации собран на двух сдвиговых регистрах, индикатор трехразрядный с общим анодом.
Параллельно резисторам R2, R16 подключены светодиоды для индикации заряд/разряд.

Конструкция и детали


Фото 1.

Конструктивно зарядное устройство (далее ЗУ) выполнено на печатной плате размером 100х80 мм, изготовленной с использованием ЛУ технологии. Несколько перемычек необходимо установить до монтажа элементов. Диоды VD1, VD3 кремниевые на прямой ток не менее 3 Ампер. Стабилизаторы DA1, DA3 можно заменить на КР142ЕН5А или аналогичные.

Транзисторы VT1, VT3 подойдут любые полевые с изолированным затвором, n-канальные на прямой ток не менее 5 А и напряжение сток – исток не менее 30 Вольт, я использовал транзисторы снятые со старых материнских плат.

Резистор R11 многооборотный, необходим для точной установки напряжения с делителя. Стабилитрон VD2 на 5 Вольт, у меня использован КС156. В блок индикации подойдут любые подходящие по размеру трехразрядные семисегментные индикаторы с общим анодом. Регистры К555ИР23 можно использовать других серий (155, 1533) или импортные аналоги SN74LS374.

На печатной плате, рядом с кнопкой имеются контакты для подключения выносной кнопки (если необходимо).

Фото 2.


Стабилизаторы DA1, DA3 установлены на теплоотводе способном рассеять 5 Ватт тепловой мощности при приемлемой температуре радиатора. DA2, первоначально, был установлен на печатной плате, но для уменьшения высоты монтажа, перенесен на тот же теплоотвод, конструктивно, выполняющий роль задней стенки.
Транзисторы VT1 и VT3 установлены на плате со стороны печати.
Корпус конструкции выполнен из фольгированного стеклотекстолита и окрашен.
Надписи напечатаны на прозрачной матовой самоклеющейся пленке лазерном принтером.

Фото 3.


Питается ЗУ от стандартного блока питания «вилкового» типа на 24 Вольта, 0,8 Ампер,
Можно использовать и другие подходящие блоки питания.
Напряжение питание не должно превышать 35 Вольт (ограничено параметрами DA1 и DA2), но увеличение напряжение негативно сказывается на КПД ЗУ.
Нижний предел напряжения питания ограничен минимальным напряжением на DA1 при котором достигается стабилизация (1,1в+2в+5в+15в=23,1в). При использовании БП с большими пульсациями выходного напряжения надо это значение учесть.

Программа

Программа написана на ассемблере. Для увеличения точности измерения значения напряжения на аккумуляторной батареи, делается 8 измерений с последующим получением среднего арифметического. Контрастность индикатора составляет 1/100.

Описание принципа вывода информации

Все значения емкости, напряжения выводятся на индикатор в 2 этапа:
 — в течении 1 секунды отображается название переменной (h1, h2, h3, h4, U)
Название переменной выводится с правым выравниванием.
 — в течении 6 секунд отображается значение переменной в формате ХХ, Х
Все значения выводятся с точностью до десятых, емкость в Ампер часах, напряжение в Вольтах.
Если выводимая переменная не соответствует текущему режиму то левее названия переменной отображается номер текущего режима отделенный точкой.
Примеры вывода:
— h2 – выполняется второй режим, значение емкости второго режима т.е. заряда;
— 3.h1 – выполняется режим третий (разряд), значение емкости первого режима;
— 3.U – текущий режим третий, значение напряжение на АКБ в данный момент.
В конце всех циклов заряд-разряд (после четвертого) на дисплей выводится End.

Листая переменные, в названии переменных выводится Eh2 (программа окончена емкость второго режима т.е. заряда).
В случае переполнения счетчика емкости (любой из циклов занял более 170 часов) прекращаются все режимы и на дисплей выводится Err. При листании значений в названии переменной выводится rh3 (ошибка измерения, емкость третьего цикла).

Описание эксплуатации зарядного устройства

 — подключаем АКБ, подключаем питание, на индикаторе выводятся прочерки ---.
 — коротким нажатием на кнопку (менее 3 сек.) включаем начало программы.
На индикаторе выводится значение емкости первого режима (h1, разряд).
Когда напряжение на АКБ достигнет 10,7 Вольта, программа переходит на второй режим.
Заряд АКБ продолжается до напряжения 14,8 Вольта, на индикаторе значение емкости второго режима (h2, заряд).
Третий и четвертый циклы аналогичны.
После окончания четвертого цикла на индикатор выводится сигнал о окончании программы End.
Пропустить ненужные циклы можно длительным нажатием на кнопку (более 3 секунд), при этом на индикаторе будет выведен следующий режим. (длинное нажатие на первом цикле переключит устройство на второй, со 2 на 3 и т.д.).
При выполнении программы есть возможность листать переменные коротким нажатием на кнопку (менее 3 сек). Листание осуществляется по кругу (h1-h2-h3-h4-U-h1…) начиная с текущего режима.

После окончания программы устройство будет бесконечно долго находиться в режиме ожидания просмотра измеренных значений, одновременно поддерживая напряжение на АКБ в пределах 13,1 - 13,8 В.

При возникновении ошибки измерения устройство выключит все режимы и выдаст сообщения об ошибки Err, далее имеется возможность пролистать полученные значения.

Для надежного использования зарядного устройства необходимо как минимум 5 Вольт на клеммах АКБ. Подключив АКБ с нулевым начальным напряжением зарядное устройство начнет его заряжать, далее будет зависеть от емкости АКБ. При достаточной емкости устройство перейдет на второй цикл (заряд) и зарядит аккумулятор, при отсутствии емкости на дисплее будут мигать прочерки.

Фото 4.


Наладка

После сборки и проверки правильности монтажа необходимо откалибровать Вольтметр.
Для этого подключаем АКБ, включаем питание, включаем один из режимов (заряд или разряд), устанавливаем индикацию напряжения, к клеммам аккумулятора подключаем образцовый Вольтметр и вращая ось резистора R11 добиваемся правильных показаний напряжения. Я использовал Вольтметр класса точности 0,5%, (Вольтметр Э544) и проверил линейность показаний на участке от 9 до 15 Вольт, показания совпадали на всем участке.

В МК используется внутренний тактовый генератор, производитель обещает точность частоты 1%, для любителей точности в архиве есть программа test.hex которая выводит на индикатор реальное время (в минутах). Используя эту прошивку можно поиграться с заводской переменной осциллятора и получить более высокую точность счета времени.

Программа написана так что у меня с заводской переменной за 30 минут погрешность менее 1 секунды.
Минуты выводятся в старших двух разрядах в шестнадцатеричной системе.

В ходе наладки выяснилось, что КРЕНки имеют разное напряжение на выходе (на R2 и R16), разница составила 0,2 Вольта. Для компенсации тока потребляемого МК (5 мА) с более высоким напряжением стабилизатор установлен на место DA1.

Если есть возможность, для проверки можно измерить ток заряда и разряда аккумулятора подключив амперметр в цепь АКБ. У меня получился ток заряда 605 мА, ток разряда 607 мА, измерял амперметром Э525. Токи получились больше расчетных т.к. не учтен ток светодиодов (R3, LED1 и R17, LED2), ток светодиодов можно уменьшить до1 мА, увеличив резисторы R3, R17 до 5КОм.

Итого

Работой устройства остался доволен.
Проведя тестирование нескольких аккумуляторов получил реальные значения.

Если появится необходимость, в прошивке могу изменить пороговые напряжения, значение тока заряда-разряда или индикатор с ОК. Обращайтесь.

Файлы

К статье в архиве приложены файлы:
 — Схема
 — Печатная плата
 — Тестовая прошивка
 — Рабочая прошивка
file.zip | Файл 37,75 Kb загружен 187 раз.

Козлов Александр,
Сергиев Посад
Александр (koan51)
Россия, МО, г. Сергиев Посад
Профиль koan51
Работаю сис. админом
2 технических образования
служил в СА (Казахстан, Байконур)
занимаюсь радиоконструированием, фотографией (в свободное время).
Паяльник использую для технического творчества.
Что напаял? ... УМЗЧ на транзисторах, блоки сигнализации на сотовом с использованием микроконтроллеров (16F84A) ... список большой.
Все используется реально.

Интересуюсь ламповыми усилителями,
заинтересовала схема усилителя для наушников.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 86

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Зарядное устройство Li-Ion аккумуляторов с проверкой ёмкости, PIC12F675

У меня скопилось около двух десятков Li-Ion батарей от плееров, бритв, телефонов. Это и послужило...

Автоматическое зарядно-тренирующее и измеряющее устройство для 12-вольтовых

Предлагаю вашему вниманию дополнения и улучшения к моему проекту на Датагоре «Автоматическое...

Автоматическое зарядное устройство с циклическим и буфферным режимами для

Простое автоматическое зарядное устройство для зарядки свинцовых аккумуляторов небольшой емкости,...

Схемка в блокнот. Устройство для разрядки никель-кадмиевых аккумуляторов

При эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторов перед тем как ставить их на зарядку, их надо...

Схемка в блокнот. Индикатор разрядки аккумуляторной батареи

При выездах и эксплуатации радиоаппаратуры от аккумуляторных батарей в полевых условиях, например...

Зарядное устройство с циклическим током для восстановления кислотных аккумуляторных

Заряд кислотных аккумуляторных батарей сопряжен с выделением сероводородных соединений, эти...

ИБП ПК для радиолюбительских целей на TL494 со стабилизацией напряжения и тока

В этой статье хотелось поделиться еще одним вариантом переделки компьютерных импульсных блоков...

Простое зарядное устройство с постоянным током зарядки и ограничением выходного

Зарядное устройство для щелочных и свинцовых аккумуляторов ёмкостью до 10-15 Ампер-час, для...

Устройство для проверки ёмкости герметичных аккумуляторов 12V

Дешёвые, малогабаритные и удобные в эксплуатации герметичные аккумуляторы напряжением 12 Вольт...

Программный валкодер

Это не новость и не статья. Это просто развёрнутый комментарий к датагосркой статье "Что есть...

Аккумуляторы Джи Пи. Купил? Охлади!

Здравствуйте, дорогие единомышленники!:) Помните навязчивую рекламку? Джи Пи - увидел - купи! ...

Позитивные стабилизаторы 7805/7812/7815 и пр.

Три ноги в руки и стабилизатор готов! Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только...
<
  • Гражданин
12 марта 2014 23:56

Рубен / rubenlukin

  • С нами с 15.05.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 93 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
Есть стойкое мнение, что такие АКБ нельзя разряжать менее 12В. А девайс полезный. yes

<
  • Гражданин
13 марта 2014 01:17

Сергей / Chugunov

  • С нами с 30.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 306 комментариев
  • 30 публикаций
 
  • 0
Можно и нужно в данном случае, хотя я известный перестраховщик и ограничился бы напряжением разрядки в 11,0 В (разница в ёмкости по сравнению с 10,7 В будет ничтожной), а зарядку прекращал бы при 14,4 В.
Чуть "подсевшие" батареи не наберут 14,8 В.
Из практики проблема - отвод тепла, поэтому на радиаторе экономить не надо.
Судя по всему, отличная конструкция - "дёшево и сердито".

<
  • Гражданин
13 марта 2014 01:53

Борис / BL

  • С нами с 27.01.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 13 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Цитата: rubenlukin
Есть стойкое мнение, что такие АКБ нельзя разряжать менее 12В. А девайс полезный. yes

Присоединяюсь. ИМХО для большинства современных АКБ ниже 12В не АЙС!
А в целом полезная штука. Предлагаю изменить порог разряд или разрешить пользовательскую настройку.

<
  • Гражданин
13 марта 2014 02:53

Сергей / Chugunov

  • С нами с 30.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 306 комментариев
  • 30 публикаций
 
  • 0
Не знаю что такое АЙС! В русском языке такого слова нет, а я предпочитаю говорить по-русски. И большинством голосов такие вопросы не решаются, это техника, а не парламент.
Есть разрядные характеристики. Вот пример для герметичных гелевых аккумуляторных батарей.

Отсюда видно, что время разрядки (а следовательно и измеренная ёмкость) при токе 0,1С (близко к авторскому) до напряжения 12 В и 11 В отличается почти в 2 раза, при токе 1С почти в 4 раза!!
Польза от слишком "осторожной" тренировки минимальна, правильно оценить реальную ёмкость нельзя.

<
  • Главный редактор
13 марта 2014 09:55

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • На сайте Пользователь Онлайн
  • 1 606 комментариев
  • 257 публикаций
 
  • 0
У автора написано:
"...в прошивке могу изменить пороговые напряжения, значение тока заряда-разряда..."
поэтому конструкцию можно оптимизировать под мнение/предпочтение каждого.

Александр, спасибо!

<
  • Гражданин
13 марта 2014 16:26

Юрий / shaytan

  • С нами с 25.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 72 комментария
  • 2 публикации
 
  • 0
Что могу сказать - это устройство, несомненно, куда более полезно, чем простая зарядка на L200C. Особенно когда при работе контролировать процесс разряда АКБ не представляется возможным, и состояние аккумулятора перед очередной зарядкой +/- неизвестно. Спасибо! yes

<
  • Гражданин
14 марта 2014 01:10

Борис / BL

  • С нами с 27.01.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 13 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Цитата: Chugunov
Не знаю что такое АЙС! В русском языке такого слова нет, а я предпочитаю говорить по-русски. И большинством голосов такие вопросы не решаются, это техника, а не парламент.
Есть разрядные характеристики. Вот пример для герметичных гелевых аккумуляторных батарей.
.....

Про АЙС! критика принимается!
А по разрядным характеристикам мы можем спорить очень долго, типов и разновидностей свинцовых АКБ очень много, рекомендации для них отличаются и зависят от температуры, поэтому предложил "пользовательскую настройку".

<
  • Гражданин
14 марта 2014 01:57

Александр / koan51

  • С нами с 18.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Спасибо всем за отзывы.

По настройкам напряжений я тоже долго раздумывал и в основном ориентировался на данные документации и режимы указанные на самих аккумуляторах.

Цитата: Chugunov
Чуть "подсевшие" батареи не наберут 14,8 В.

Старые (не исправные) АКБ которые я тестировал все свободно набирали напряжение до 14.8 вольт, причем за 10-15 секунд.

Цитата: BL
поэтому предложил "пользовательскую настройку"

да, могу дописать пользовательскую настройку.
Предлагаю, кто повторит, присылает мне фото платы (напаянной) и я сразу допишу.

А, как промежуточный вариант - могу вытащить 5 переменных в ЕПРОМ и каждый при прошивки поставит понравившиеся ему значения (по умолчанию оставлю как в статье).

<
  • Гражданин
14 марта 2014 12:03

Юрий / KYV

  • С нами с 19.10.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 8 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Вопрос о корректности измеряемой емкости.
По книгам: заряжать нужно током 0,1С в течении 15 часов, то есть аккумулятору дается заряд 150% от его емкости. У вас этот факт учитывается, или сколько влил, столько и вывел на индикатор?

<
  • Кандидат
14 марта 2014 16:20

Юрий / юрасик

  • С нами с 3.02.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 3 комментария
  • 1 публикация
 
  • 0
Вещь не просто полезная - архинеобходимая. Вспоминаю реальный случай: В энергетике, как минимум, вся автоматика запитывается через источники гарантированного питания, мощностью от 1 кВт. Чтоб в случае пропадания внешней сети не погасить оборудование. Как у любого UPCа, основа- аккумуляторы. 50А*час. В Тверской генерации (на одной из ТЭЦ) регламентные работы по проверке емкости аккумуляторов была сделана недостаточно тщательно. В итоге при возникновении аварийного случая автоматика продержалась на АГП (аппарат гарантированного питания) минуты 4. И была погашена, если не ошибаюсь, турбина. Со всеми вытекающими. А если бы подобным устройством аккумуляторы были проверены? А в автомобилях? Эти необслуживаемые аккумуляторы требуют внимания.
Считаю, что автору следует рассмотреть модификацию устройства на большую емкость и открывать производство таких устройств.

<
  • Гражданин
14 марта 2014 22:04

Александр / koan51

  • С нами с 18.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Цитата: KYV
Вопрос о корректности измеряемой емкости.


В устройстве АКБ заряжается стабилизированным током (т.е. он всегда 600мА), окончание заряда определяется по достижении на клеммах АКБ определенного напряжения (14.8 вольта), емкость определяется исходя из времени потраченного на заряд/разряд (10 минут -> 0.1 Ач, 1 час -> 0.6 Ач, 5 час -> 3.0 Ач и т.д.)
Пример: измерял состояния АКБ емкостью 17Ач который служит 4 года, получил
h1 - 13.1 Ач, h2 - 12.5 Ач, h3 - 12.5 Ач, h4 - 12.6 Ач т.е. его емкость 12.5 Ач.

<
  • Гражданин
14 марта 2014 22:25

Сергей / Chugunov

  • С нами с 30.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 306 комментариев
  • 30 публикаций
 
  • 0
Александр (koan51)!
1 В схеме ошибка(?) - напряжение на выв. 7 DD1 не регулируется.
2 Пожалуйста, напишите изменения для напряжения зарядки 14,4 В и разрядки 11,0 В.
3 Думаю, цикл в 170 часов (неделя!) - многовато, достаточно 18...20 часов. Если за это время акк. не зарядится - в урну его.
4 Старые неисправные батареи "набирают" сразу 14,8 В только потому что неисправны - это падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи, а не зарядка. Скорее можно диагностировать неисправность батареи, если на ней такое напряжение.
5 Напряжение в буферном режиме "в пределах 13,1 - 13,8 В" что-то низковато, особенно 13,1. Я уже не помню точных цифр, у меня было в буфере сотни полторы таких акк-ров.
6 "...могу вытащить 5 переменных в ЕПРОМ и каждый при прошивки поставит понравившиеся ему значения" - хороший вариант.
7 Оценил, что схема собрана из подножных деталей, свою функцию оно исполняет. Правда, в "моём" случае сотни-другой батарей работающих в буфере я определял плохие батареи просто - измерял напряжение прямо в буфере, не отключая, у плохих оно было чуть меньше. Для проверки отключал батарею, если напряжение действительно было занижено хотя бы немного - в урну. Попытки тренировки и восстановления буферных батарей к успеху не приводили.
Другой вопрос, если батарея просто где-то лежала, тогда тренировка могла показать, годна ли она.
А вот аналогичные по емкости щелочные аккумуляторы тренируются весьма неплохо (а в буферном режиме их использовать не рекомендуется).

<
  • Гражданин
14 марта 2014 23:28

Александр / koan51

  • С нами с 18.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Цитата: Chugunov
В схеме ошибка(?) - напряжение на выв. 7 DD1 не регулируется.


Прошу объяснить.

Напряжение на АКБ непосредственно измерить нельзя т.к. максимальное входное напряжение АЦП 5 вольт, поэтому оно снимается с делителя R10-R12.

<
  • Гражданин
15 марта 2014 00:42

Сергей / Chugunov

  • С нами с 30.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 306 комментариев
  • 30 публикаций
 
  • 0
На схеме напряжение на вход процессора снимается прямо со стабилитрона, следовательно всегда = 5,6 В.
(Может быть стабилитрон срабатывает только при превышении какого-то напряжения и работает как защитный, тогда другой разговор, но из описания это не очевидно).

<
  • Гражданин
15 марта 2014 01:19

Александр / koan51

  • С нами с 18.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Chugunov

На АКБ 13 вольт (допустим) ток делителя 13/(6200+500+2000)= 0.0015А
500 - в среднем положении подстроечный резистор R11.
Напряжение на входе МК (на R12, на стабилитроне) 0.0015*2000=3 В

<
  • Главный редактор
28 апреля 2014 14:34

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • На сайте Пользователь Онлайн
  • 1 606 комментариев
  • 257 публикаций
 
  • 0

<
  • Гражданин
18 января 2017 12:22

Тимур / maddiego

  • С нами с 2.08.2016
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 8 комментариев
  • 7 публикаций
 
  • +1
Давно хотел собрать подобное приспособление для рабочих нужд, и вот увидел данную статью, которая мне понравилась. Попытаюсь повторить данную разработку, только на AVR контроллере и с LCD1602 дисплеем.

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.